[發明專利]一種改性碳/碳復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110411567.8
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113045326B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 曾毅;熊翔;江天興;李睿
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C04B41/88
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

1.一種改性碳/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將碳纖維預制體進行高溫預處理，得到預處理碳纖維預制體；

2）將步驟1）中的預處理碳纖維預制體采用化學氣相沉積法沉積熱解碳層或者通過浸漬炭化法制備樹脂碳層，最終得到多孔的碳/碳復合材料；

3）將金屬X粉、B粉和Si粉在保護氣氛下進行球磨，得到B-Si-X混合粉末；

4）將步驟2）中的多孔的碳/碳復合材料包埋于步驟3）中的B-Si-X混合粉末中，然后在設定溫度下進行低溫熔滲反應，反應結束后，即可得到改性碳/碳復合材料；

所述步驟3）中，金屬X粉末為Zr、Mo中的一種；3種粉末的粒度為微米或亞微米級，粉末的純度≥90%；所述的保護氣氛為氮氣或者氬氣氣氛；球磨工藝參數為：球磨介質為乙醇，球磨轉速150~600r/min，球磨時間12~36h，球料質量比4~15:1，磨球為氧化鋯球；球磨結束后，在30~100℃烘干后得到B-Si-X混合粉體；B-Si-X混合粉體中，B粉占1~20%；Si粉占10~95%，余量為X粉。

2.根據權利要求1所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中，碳纖維預制體為針刺整體氈預制件，碳纖維預制體的密度0.3~0.9g/cm³；所述的高溫預處理過程具體為：將碳纖維預制體置于高溫石墨爐中，接著以升溫速率為5~10℃/min，升溫至2000~2300℃，再接著保溫1~3h；然后以降溫速率為5~8℃/min，降溫至1200℃，最后隨爐冷卻。

3.根據權利要求2所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，碳纖維預制體為無緯布-網胎疊層針刺碳纖維預制體。

4.根據權利要求1所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2）中，化學氣相沉積法沉積熱解碳層的具體步驟為：將預處理碳纖維預置于化學氣相沉積爐中，以氫氣為載氣，以丙烯或者甲烷為碳源氣體，在溫度為950~1200℃、壓力為0.3~3.8KPa的條件下進行碳沉積，至碳纖維預制體密度比原來增重0.5~1.0g/cm³；停止沉積反應；得到含有熱解碳層的多孔碳/碳復合材料；

浸漬炭化法制備樹脂碳的具體步驟為：以樹脂、瀝青或兩者的混合物為浸漬劑，采用浸漬、固化、裂解的工藝循環操作，至碳纖維預制體比原來增重0.5~1.0g/cm³；所述浸漬的溫度為50～70℃、固化的溫度為160～200℃、裂解的溫度為800～1100℃；單次浸漬的時間為1～3h、單次固化的時間為5～15h、單次裂解的時間為15～60h。

5.根據權利要求1所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2）中，多孔的碳/碳復合材料的坯體密度為0.8~1.6 g/cm³，孔隙率為10%~45%。

6.根據權利要求1所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4）中，B-Si-X混合粉體的質量為多孔碳/碳復合材料質量的2~12倍，低溫熔滲具體工藝為：在保持爐體真空或者惰性氣氛下，升溫至設定溫度熔滲10~180min，設定溫度為1200~1800℃；熔滲結束后隨爐冷卻至室溫。

7.根據權利要求6所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，真空度小于等于0.1~100Pa；設定溫度為1400~1600℃。

8.根據權利要求7所述的改性碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，金屬X為Zr，且熔滲溫度為1400℃時，B粉占2~10%；Si粉占80~95%，Zr粉占2~15%；金屬X為Mo，且熔滲溫度為1400℃時，B粉占2~15%；Si粉占75~95%，Mo粉占2~15%；金屬X為Mo，且熔滲溫度為1600℃時，B粉占2~20%；Si粉占60~95%，Mo粉占2~20%；其中，3種粉總占比相加為1。